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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/566| Efectos ópticos no-lineales y guiado de onda en nanopartículas metálicas Nonlinear optical effects and waveguiding in metallic nanoparticles | |
| Bonifacio Alejandro Can Uc | |
| Raúl Rangel Rojo | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Nanopartículas | |
| Las nanopartículas metálicas embebidas en un dieléctrico han mostrado varias propiedades interesantes, tales como no-linealidades ópticas grandes y tiempos de respuesta en el régimen de picosegundos. Por ello, estos materiales han llamado la atención para su posible aplicación en sistemas ópticos, y en particular cuando están embebidas en matrices vítreas, por su susceptibilidad óptica de tercer orden χ(3) relacionada con la resonancia del plasmón, y cuya parte real está ligada con el índice de refracción no-lineal n2. El tamaño, la forma y la composición de las nanopartículas en un material, son parámetros de diseño que pueden ser controlados para incrementar la respuesta óptica no-lineal en el material. En este trabajo de tesis, estudiamos la respuesta óptica no-lineal de tercer orden en muestras que contienen nanopartículas de plata con geometría esférica, con geometría elipsoidal alineadas en una dirección preferencial y en muestras que presentan un sistema mono y bi-capa de nanopartículas acompañadas con puntos cuánticos de Si. Estas muestras fueron fabricadas por medio de implantación de iones y sujetas a tratamientos térmicos en atm´osferas reductoras para la nucleción de las nanopartículas. Las contribuciones de absorción y refracción a la respuesta óptica no-lineal de estas muestras, fueron estudiadas por medio de la técnica Z-scan usando un láser de Ti:Zafiro en el régimen pulsado con pulsos de 80 fs de duración y con una longitud de onda centrada en 825 nm. En todas las muestras estudiadas se observó un n2 de signo positivo, mientras que el coeficiente de absorción de dos fotones β, se encontraron tanto valores positivos como negativos. Se observó una anisotropía en ambas contribuciones a la no-linealidad, la absortiva y la refractiva, para las nanopartículas alargadas. También fue posible separar las componentes lentas y rápidas en la no-linealidad relacionadas con efectos térmicos y electrónicos, respectivamente. Por otro lado, con el fin de aplicar estos materiales en dispositivos de guías de onda, también se presenta la fabricación y caracterización de guías de onda ópticas de canal basados en nanopartículas de plata embebidas en silica. Las guías de onda fueron fabricadas por medio de un proceso de implantación multiple de iones a diferentes energías usando una mascarilla con el fin de obtener zonas implantadas predeterminadas en forma de guías de onda de canal con un espesor apropiado. Para caracterizar las guías de onda producidas utilizamos la técnica de imagen por luz esparcida y acoplamiento por prisma para analizar las pérdidas por propagación, el índice de refracción efectivo y de aquí, el perfil de índice de refracción de la zona implantada. Estudiamos también la estructura de los modos de las guías observando su distribución espacial. Metallic nanoparticles embedded in dielectric substrates have showed several interesting properties, such as large optical nonlinearities, with response times in the ps regime. Thereby these materials have attracted a considerable amount of attention for their application in optical systems, in particular, when the nanoparticles are embedded in glass matrices, for their third-order optical susceptibility χ(3) related with surface plasmon resonance, and whose real part is related to the nonlinear refractive index n2. The size, shape and composition of nanoparticles in a composite become design parameters that can be manipulated to enhance the third-order nonlinear response of the composite. In this thesis we study the third order nonlinear optical response of samples containing silver nanoparticles with spherical geometry, aligned elongated nanoparticles in a preferential direction, and samples having a mono and bi-layer system of nanoparticles accompanied by Si quantum dot. All the samples were fabricated by an ion-implantation process, and a thermal annealing process in a reducting atmosphere to produce nucleation of nanoparticles. The absorptive and refractive contributions to the nonlinear response of the sample were studied using the Z-scan technique with a pulsed Ti:Sapphire laser producing 80 fs pulses at 825 nm. All the samples studied showed a positive behavior of n2, while the nonlinear optical absorption coefficient sign went from β < 0 to β > 0. Strong anisotropy was observed in both the refractive and absorptive contributions to the nonlinearity in the case of aligned elongated nanoparticles, as well the fast electronic and slow thermal contributions to the nonlinear response were resolved. On the other hand in order to apply these materials in optical waveguides, we also present the fabrication and characterization of channel waveguides based on composites containing silver nanoparticles in silica. The waveguides were fabricated by ion multi-implantation process with different ions energies using a nickel-cobalt alloy mask in order to produce channel waveguides with appropriate width. Scattered light imaging method and light coupled-prism were performed in order to study the waveguide propagation losses and effective refractive index, and hence, to reconstruct the refractive index profile of the implanted area. Furthermore light coupling allowed the analysis of the intensity spatial distribution of the waveguide modes. | |
| CICESE | |
| 2015 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Can Uc, B,Al.2015.Efectos ópticos no-lineales y guiado de onda en nanopartículas metálicas.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.118 pp | |
| ÓPTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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|---|---|---|---|---|
| 241021.pdf | Versión completa de la tesis | 29.26 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |